1、 1 1 绪论绪论 1.1 引言 随着社会的不断发展进步和人们生活水平的不断提高，自20世纪80年代以来，汽 车作为不可缺少的交通工具，在交通运输领域和人民日常生活中的地位日益突出。国 内、国际汽车市场的竞争空前激烈。用户对汽车安全性、行驶平顺性、操纵稳定性、 乘坐舒适性的要求越来越高。然而，汽车本身是一个复杂的多体系统集合，外界载荷 的作用复杂多变，人、车、环境三位一体的相互作用，致使汽车动力学模型的建立、 分祈、求解始终是一个难题。基于传统的解决方法，需经过反复的样车试制、道路模 拟试验和整车性能试验。如此，不仅需花费大量的人力、物力、财力和漫长的时间。 而且有些试验由于存在危险性而难以进
2、行。ADAMS软件采用虚拟样机模拟技术，为 上述问题提供了一种较好的解决方案。虚拟样机模拟技术可以用于指导和修正设计， 按照并行工程的概念组织产品设计和生产，从而在真正意义上实现整车系统优化设 计。 数字化虚拟样机技术是缩短车辆研发周期、降低开发成本、提高产品设计和制造 质量的重要途径。随着虚拟产品开发、虚拟制造技术的逐渐成熟，计算机仿真技术得 到了广泛的应用。系统运动学动力学仿真是数字化虚拟样机的核心和关键技术。为 了降低产品开发风险， 在样车制造出来之前利用数字化样机对车辆的动力学性能进行 计算机仿真分析和参数优化显得十分必要。 1.2 虚拟样机技术简介 虚拟样机技术(Virtual pr
3、ototyping technology)是一种在产品设计开发过程中， 将分 散的零部件设计和分析技术(指在某单一系统中零部件的CAD和FEA技术)揉和在一 起，在计算机上建造出产品的整体模型，并针对该产品在投入使用后的各种工况进行 仿真分析，预测产品的整体性能，进而改进产品设计、提高产品性能的新技术。它从 分析解决产品整体性能及其相关问题的角度出发， 较好地解决了传统设计与制造过程 的弊端。 在该技术中， 工程设计人员可以直接利用CAD系统所提供的各零部件的物理 信息及其几何信息，在计算机上定义零部件间的连接关系并对机械系统进行虚拟装 配，从而获得机械系统的虚拟样机：使用系统仿真软件在各种虚
4、拟环境中真实地模拟 系统的运动，并对其在各种工况下的运动和受力情况进行仿真分析，观察并试验各组 成部件的相互运动情况：可以在计算机上方便地修改设计缺陷，仿真并试验不同的设 计方案：对整个系统进行不断改进，直至获得最优设计方案以后，再制做物理样机。 2 虚拟样机技术可使产品设计人员在各种虚拟环境中真实地模拟产品的整体运动 及受力，快速分析多种设计方案，实现对物理样机而言难以进行或根本无法进行的试 验，直到获得系统级的优化设计方案。虚拟样机技术的应用贯串在整个设计过程中， 它可以用在概念设计和方案论证中。 设计师可以把自己的经验与想象结合在计算机内 的虚拟样机里。让想象力和创造力充分发挥。当虚拟样机用来代替物理样机验证设计 时，不但可以大幅度缩短开发周期，降低开发成本和风险，而且能明显提高产品设计 质量和效率。 复杂系统的力学模型是多个物体通过运动耐连接的系统，称为多体系统。虚拟样 机技术源于对多体系统动力学的研究。20世纪60年代，古典的刚体力学、分析力学与 计算机相结合的力学分支多体系统动力学在社会生产实际需要的推动下产生了。 其主要任务是：建立复杂机械系统运动学和动力学
